Les facteurs de transcription GATA tirent leur nom de leur capacité à se lier à la séquence consensus WGATAR sur les promoteurs de leur gènes cibles. Le facteur GATA4, joue un rôle décisif dans le développement de multiples organes comme le cœur, le tractus digestif, et les gonades. Malgré son rôle central au cours du développement, le mécanisme d'action de GATA4 et son mode de régulation dans différents tissus, et plus particulièrement les gonades, reste mal compris. Le principal objectif du travail rapporté dans cette thèse a été de mieux caractériser comment GATA4 acquiert sa spécificité d'action pour réguler ses gènes cibles gonadiques. Un de ces mécanismes est la coopération avec différents partenaires transcriptionnels. Le facteur WT1 a été identifié comme un nouveau partenaire pour GATA4 dans la régulation de l'expression de SRY et de MIS/AMH, deux gènes fondamentaux de la détermination et la différenciation du sexe. Le récepteur nucléaire LRH-1/NR5A2 a lui aussi été identifié comme partenaire de GATA4 dans la régulation du gène HSD3B2 humain codant pour une enzyme cruciale de la stéroïdogenèse. Un mode de régulation alternatif est la modification post-traductionelle du facteur GATA4 lui-même, le processus le plus étudié étant la phosphorylation. Dans les cellules gonadiques, GATA4 est sujet à la phosphorylation par la protéine kinase A. Toutefois, GATA4 est aussi une cible pour la MAP kinase sur une série distincte de résidus serine. Ainsi, la phosphorylation sélective de GATA4 en réponse à différents stimuli et impliquant différentes voies de signalisation apparaît comme un mécanisme clé de la régulation de l'activité de GATA4 dans les cellules gonadiques. Enfin, l'interruption des interactions entre GATA4 et ses partenaires transcriptionnels est liée à des maladies chez l'homme. En effet, une mutation du gène GATA4 humain (hG296S) empêche son interaction avec TBX5, ce qui est à l'origine de défauts cardiaques congénitaux. Contrairement au cœur, la mutation ne semble pas avoir d'effet sur la capacité de GATA4 à coopérer avec ses partenaires transcriptionels gonadiques. Ainsi, bien que préjudiciable à la fonction cardiaque, cette mutation n'est pas supposée à provoquer des effets sur la reproduction chez l'homme. / The GATA family of transcription factors is named for the consensus nucleotide sequence (WGATAR) that they bind in the promoter region of target genes. One member of this family, GATA4, plays a prominent role in the development of multiple ventrally-located organs such as the heart, digestive tract, and gonads. Despite this pivotal developmental role, the mechanism of action of GATA4 and its regulation in different tissues, especially the gonads, remains poorly understood. The main objective of the work presented in this thesis was to better understand how GATA4 acquires its specificity of action to regulate gonadal target genes. One mechanism is through cooperative interactions with different transcriptional partners. WT1 was identified as a novel partner for GATA4 in the regulation of sex-determining region Y (SRY) and Mullerian inhibiting substance (MIS/AMH), two critical genes involved in the mammalian sex determination and differentiation pathway. The nuclear receptor LRH-1/NR5A2 was also identified as a new transcriptional partner for GATA4 in the regulation of the human 3(3- hydroxysteroid dehydrogenase type 2 gene (HSD3B2) involved in steroidogenesis. An alternate mechanism for regulating GATA4 activity is via post-translational modifications of the factor itself. The most studied has been the role of phosphorylation. In gonadal cells, GATA4 is a target for phosphorylation by protein kinase A (PKA). GATA4, however, was also found to be a target for MAP kinasemediated phosphorylation on a distinct set of serine residues. Thus, selective phosphorylation of GATA4 in response to different stimuli and involving different signaling pathways appears to be a key mechanism for regulating GATA4 activity within gonadal cells. Finally, disruption of cooperative interactions between GATA4 and its transcriptional partners has also been linked to human disease. Indeed, a human GATA4 mutation (hG296S) has been reported to abrogate its interaction with TBX5, resulting in congenital heart defects. Unlike the heart, the mutation was found to have no effect on the ability of GATA4 to cooperate with its major gonadal transcriptional partners. Thus, although detrimental to heart function, the hG296S mutation would not be expected to cause human reproductive defects.

Plusieurs pathologies humaines sont associées à l'altération de l'expression ou de la fonction de facteurs de transcription GATA. L'hyperméthylation, l'hypoacétylation ou la surexpression des gènes GALA sont observées dans plusieurs types de cancers. Des mutations ponctuelles des gènes GATA sont aussi à l'origine de graves maladies congénitales. Plus de 60% des tumeurs du sein sont dépendantes des estrogènes et produisent elles-mêmes les hormones nécessaires à leur croissance. Cette production aberrante d'estrogènes est causée par la surexpression de l'enzyme aromatase, codée par le gène CYP19A1. L'utilisation ectopique dans les tumeurs du sein du promoteur PII du gène CYP19A1, normalement spécifique à l'ovaire et régulé par la voie de signalisation AMPc/PKA, est reconnue comme étant responsable de la surexpression de l'enzyme et de la production inappropriée d'estrogènes par les tumeurs. Les facteurs GATA sont impliqués dans la régulation du promoteur PII de CYP19A1 dans les gonades. J'ai démontré que GATA3 et/ou GATA4 sont exprimés dans plusieurs lignées cellulaires de cancer du sein. En réponse à l'activation de la voie de signalisation AMPc/PKA, GATA3/4 et le récepteur nucléaire LRH1 coopèrent de façon synergique pour moduler l'activité du promoteur PII dans les cellules de cancer du sein MCF-7. Ces résultats fournissent un nouveau mécanisme dépendant de GATA pour expliquer l'expression aberrante de l'enzyme aromatase dans les tumeurs du sein. Les mutations hétérozygotes connues de GATA4 ségrègent avec de graves défauts cardiaques congénitaux. GATA4 est un important régulateur du développement cardiaque mais aussi un marqueur précoce du développement gonadique. Toutefois, aucune des mutations connues de GATA4 n'affecte le développement ou la fonction gonadique des individus porteurs. L'effet des différentes mutations de ce facteur sur la régulation de l'expression de ses cibles gonadiques demeurait par contre inconnu. J'ai étudié cinq mutations différentes du facteur GATA4. J'ai démontré que certaines de ces mutations affectent significativement la fonction de GATA4 dans un contexte de régulation de l'expression de gènes gonadiques. Mes résultats démontrent que malgré l'absence d'un phénotype observable, la plupart des mutations de GATA4 réduisent significativement sa capacité d'activer l'expression de ses gènes cibles sans affecter sa capacité à se lier à l'ADN ou celle de recruter ses co-activateurs transcriptionnels. Dans l'ensemble, les résultats présentés dans ma thèse démontrent comment les facteurs GATA exprimés dans un contexte tumoral contribuent à l'expression aberrante de CYP19A1 dans les cellules cancéreuses du sein selon un mécanisme rappelant celui menant à l'expression gonadique de ce gène et d'autre part comment l'altération de la séquence peptidique du facteur GATA4, telle qu'observée dans de nombreuses malformations cardiaques congénitales, affecte la fonction de ce facteur de transcription dans la régulation de l'expression de ses cibles gonadiques.

GATA4 est un facteur de transcription essentiel pour le développement et la fonction de plusieurs tissus, incluant les gonades. GATA4 est exprimé sous forme de deux transcrits majeurs présentant des premiers exons distincts non codants, soient l’exon 1a et l’exon 1b. J’ai proposé que l’utilisation de différents promoteurs soit un mécanisme important dans la régulation spatiotemporelle de l’expression de GATA4. Des expériences d’hybridation in situ ont révélé que les transcrits Gata4 1a et 1b sont bien présents au niveau des cellules somatiques du testicule et de l’ovaire au cours du développement. Les résultats in vitro nous ont suggéré que le promoteur 1b est régulé positivement par GATA4. Toutefois, les résultats in vivo ont révélé que le promoteur Gata4 1b est assujetti à une autorégulation négative. Les expériences de co-transfection ont démontré que GATA4 régule sa propre expression en réprimant l’activité transcriptionnelle du promoteur Gata4 1b en interagissant avec FOG2.